JP2019139987A - 燃料電池の検査方法および検査システム - Google Patents

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Abstract

【課題】衝撃に起因する燃料電池の変形を、より簡便に検出する。【解決手段】燃料電池１５における変形の発生を検査する検査方法は、衝撃前の圧損パラメータ値に対する衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を求め、圧力損失の増加を示す前記変化量が、予め定めた基準値以上であれば、燃料電池の内部に変形が生じていると判断する。前記判断では、ガス流路７４，７５における圧損パラメータ値である第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値以上である場合と、冷媒流路７７における圧損パラメータ値である第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、衝撃に起因して燃料電池の内部に変形が生じていると判断する。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池の検査方法および検査システムに関する。
燃料電池に衝撃が加えられると、燃料電池が変形して、発電性能の低下などが生じる可能性がある。従来、衝撃に起因する燃料電池の変形等を検出する方法として、燃料電池スタックの側面に積層方向に延びるマークをつけると共に、スタックケースにスリットを設け、スリットを介して外部から上記マークの形状を視認することにより、積層ずれの発生を検査する方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−２６６５３７号公報
しかしながら、燃料電池の周りには、通常、燃料電池に対する反応ガスや冷媒の供給・排出に係る配管を含む種々の装置等が配置されている。そのため、上記配管を含む装置等を取り外すことなく、スタックケースの外部から、内部の燃料電池スタックに付されたマークを視認することには困難を伴う。そのため、衝撃に起因する燃料電池の変形を、より簡便に検出する技術が望まれていた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、複数の単セルを積層して形成され、積層面に平行に流体が流れる流体流路として、反応ガスが流れるガス流路と冷媒が流れる冷媒流路とが内部に設けられた燃料電池における、変形の発生を検査する検査方法が提供される。この検査方法は；前記燃料電池内部に設けられた前記流体流路における圧力損失と相関する圧損パラメータ値であって、予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流すときの圧損パラメータ値として、前記燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値と、前記燃料電池に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値とを取得し；取得した前記衝撃前の圧損パラメータ値に対する、前記衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を求め；前記圧力損失の増加を示す前記変化量が、予め定めた基準値以上であれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する。前記判断では、前記ガス流路における前記圧損パラメータ値である第１圧損パラメータ値の前記変化量が第１基準値以上である場合と、前記冷媒流路における前記圧損パラメータ値である第２圧損パラメータ値の前記変化量が第２基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、前記衝撃に起因して前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する。
この形態の検査方法によれば、燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値に対する、燃料電池に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値の変化量に基づいて、衝撃に起因する燃料電池の内部の変形を判断している。そのため、燃料電池内の流体流路に流体を流して、上記圧損パラメータ値の変化量を求め、変化量と基準値とを比較するという簡便な方法により、衝撃に起因して燃料電池内に変形が生じていることを判断することができる。また、ガス流路における第１圧損パラメータ値と、冷媒流路における第２圧損パラメータ値とを用いて判断するため、積層方向の衝撃に起因する変形と、直交方向の衝撃に起因する変形とについての判断が可能になる。
（２）上記形態の検査方法において、前記判断は；前記単セルの積層方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第１圧損パラメータ値の前記変化量が前記第１基準値以上であれば、前記積層方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第１の判断と；前記積層方向に直交する直交方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第２圧損パラメータ値の前記変化量が前記第２基準値以上であれば、前記直交方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第２の判断と；のうちの少なくとも一方を含むこととしてもよい。この形態の検査方法によれば、衝撃の方向に応じて、燃料電池において変形が発生したか否かを適切に判断することができる。
（３）上記形態の検査方法において、さらに、前記燃料電池に前記衝撃が加えられた後に、前記衝撃の方向を取得し；前記衝撃の方向が、前記積層方向の場合には、前記第１の判断を行ない；前記衝撃の方向が、前記直交方向の場合には、前記第２の判断を行なうこととしてもよい。この形態の検査方法によれば、衝撃の方向に応じて、燃料電池において変形が発生したか否かを適切に判断することができる。
（４）上記形態の検査方法において、前記判断では、前記第１圧損パラメータ値における前記変化量が前記第１基準値以上であれば、前記単セルの積層方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断し、前記第２圧損パラメータ値における前記変化量が前記第２基準値以上であれば、前記積層方向に直交する直交方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断することとしてもよい。この形態の検査方法によれば、予め衝撃の方向を取得しなくても、衝撃に起因して燃料電池に変形が生じたか否かに係る判断と共に、衝撃の方向を知ることができる。
（５）上記形態の検査方法において；前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する燃料ガスの流量調節に係る燃料ガス供給装置として、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に前記燃料ガスを吐出するインジェクタであって、該インジェクタの開弁デューティー比によって、前記燃料ガス供給流路に供給する前記燃料ガスの量を調節するインジェクタと、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを前記燃料ガス供給流路に再循環させる循環流路に設けられた燃料ガスポンプと、を含む燃料ガス供給装置が接続され；前記第１圧損パラメータ値は；前記燃料ガス供給装置に含まれる前記燃料ガスポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記燃料ガスポンプにおける消費電力の値と；前記燃料ガス供給装置に含まれる前記インジェクタ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記インジェクタにおける開弁デューティー比の値と；前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記燃料ガスポンプおよび前記インジェクタを含む前記燃料ガス供給装置を駆動したときに、前記燃料ガスの流路内を実際に流れた前記燃料ガスの流量の値と；のうちの少なくともいずれか一つを含むこととしてもよい。この形態の検査方法によれば、上記燃料ガスポンプにおける消費電力の値と、上記インジェクタにおける開弁デューティー比の値と、上記指令値にて燃料ガス供給装置を駆動したときに燃料ガスの流路内を実際に流れた燃料ガスの流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つを用いて、積層方向の衝撃に起因する燃料電池の変形を検出することができる。
（６）上記形態の検査方法において；前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する酸化ガスの流量調節に係る酸化ガス供給装置として、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路に前記酸化ガスを吐出するコンプレッサと、前記燃料電池から排出される酸化排ガスが流れる酸化ガス排出流路の開度を調節する調節弁と、を含む酸化ガス供給装置が接続され；前記第１圧損パラメータ値は；前記酸化ガス供給装置に含まれる前記コンプレッサ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記コンプレッサにおける消費電力の値と；前記酸化ガス供給装置に含まれる前記調節弁以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記調節弁の開度の値と；前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記コンプレッサおよび前記調節弁を含む前記酸化ガス供給装置を駆動したときに、前記酸化ガスの流路内を実際に流れた前記酸化ガスの流量の値と；のうちの少なくともいずれか一つを含むこととしてもよい。この形態の検査方法によれば、上記コンプレッサの消費電力の値と、上記調節弁の開度の値と、上記指令値にて酸化ガス供給装置を駆動したときに酸化ガスの流路内を実際に流れた酸化ガスの流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つを用いて、積層方向の衝撃に起因する燃料電池の変形を検出することができる。
（７）上記形態の検査方法において；前記燃料電池には、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路に供給する冷媒の流量調節に係る冷媒供給装置として、前記冷媒流路内で前記冷媒を流すための駆動力を生じる冷媒ポンプを含む冷媒供給装置が接続され；前記第２圧損パラメータ値は；前記冷媒供給装置に含まれる前記冷媒ポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が、予め定めた流量となるときの、前記冷媒ポンプにおける消費電力の値と；前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記冷媒ポンプを含む前記冷媒供給装置を駆動したときに、前記冷媒流路内を実際に流れた前記冷媒の流量の値と；のうちの少なくともいずれか一つを含むこととしてもよい。この形態の検査方法によれば、上記冷媒ポンプの消費電力の値と、上記指令値にて冷媒供給装置を駆動したときに冷媒流路内を実際に流れた冷媒の流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つを用いて、直交方向の衝撃に起因する燃料電池の変形を検出することができる。
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、衝撃に起因する燃料電池の変形の発生を検査する検査システム等の形態で実現することができる。
燃料電池システムの概略構成を表わす説明図である。 単セルの構成の概略を表わす分解斜視図である。 図２における３−３断面の様子を表わす断面模式図である。 燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。 燃料電池の概略構成を表わす断面模式図である。 積層方向の衝撃を受けた燃料電池の様子を表わす断面模式図である。 直交方向の衝撃を受けた燃料電池の様子を表わす断面模式図である。 衝撃前における単セルが隣接する様子を表わす断面模式図である。 衝撃後における単セルが隣接する様子を表わす断面模式図である。 燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。 燃料電池システムの概略構成を表わす説明図である。 燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。
Ａ．第１実施形態：
（Ａ−１）燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を表わす説明図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、電気自動車に搭載されて駆動用電源として用いている。本実施形態の燃料電池システム１０は、燃料電池１５と、燃料ガス系２０と、酸化ガス系３０と、冷媒系６０と、制御部５０と、を備える。
燃料電池１５は、固体高分子形燃料電池であるが、固体酸化物形燃料電池等、他種の燃料電池とすることもできる。燃料電池１５は、発電体としての単セル７０を複数積層したスタック構造を有すると共に、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスとの供給を受けて発電する。
図２は、単セル７０の構成の概略を表わす分解斜視図である。また、図３は、図２における３−３断面の様子を表わす断面模式図である。以下では、図２および図３に基づいて、単セル７０の構成を説明する。単セル７０は、一対のガスセパレータ８０，８１と、一対のガスセパレータ８０，８１の間に配置された膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）９１と、ガスセパレータ８０，８１の間において、ＭＥＧＡ９１の外周に接してＭＥＧＡ９１の外側に配置された樹脂フレーム８２と、を備えている。
ＭＥＧＡ９１は、図３に示すように、電解質層８４と、アノード８５と、カソード８６と、を含む。アノード８５、電解質層８４、カソード８６をこの順で積層した構造を、膜電極接合体（ＭＥＡ）９０とも呼ぶ。ＭＥＧＡ９１では、アノード８５上にはさらにガス拡散層８７が配置されており、カソード８６上にはさらにガス拡散層８８が配置されている。電解質層８４は、高分子電解質材料、例えばフッ素樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。アノード８５およびカソード８６は、例えば白金、あるいは白金合金等の触媒を担持した導電性粒子、例えばカーボン粒子を、プロトン伝導性を有する高分子電解質で被覆して形成される。ガス拡散層８７，８８は、ガス透過性および電子伝導性を有する部材によって構成されており、例えば、発泡金属や金属メッシュなどの金属製部材や、カーボンクロスやカーボンペーパなどのカーボン製部材により形成することができる。
ガスセパレータ８０，８１は、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン等のカーボン製部材や、プレス成形したステンレス鋼などの金属製部材により形成されている。図３に示すように、ガスセパレータ８０，８１には、電気化学反応に供する反応ガスが流れる流路を形成するための凹凸形状が形成されている。ガスセパレータ８０とＭＥＡ９０との間には、水素を含む燃料ガスが流れるセル内燃料ガス流路７４が形成され、ガスセパレータ８１とＭＥＡ９０との間には、酸素を含む酸化ガスが流れるセル内酸化ガス流路７５が形成される。セル内燃料ガス流路７４およびセル内酸化ガス流路７５は、単セル７０の積層方向（単に、積層方向とも呼ぶ）に平行に流体が流れる流体流路である。なお、図２では、ガスセパレータ８０，８１における凹凸形状の記載は省略している。
樹脂フレーム８２は、熱可塑性樹脂を用いて枠状に成形され、その中央の開口部をＭＥＧＡ９１の保持領域とする。図２に示すように、樹脂フレーム８２には複数のスリット部８３が設けられているが、スリット部８３については、後に詳しく説明する。図３に示すように、ＭＥＧＡ９１において、電解質層８４の周縁部には、カソード８６およびガス拡散層８８に覆われない露出領域が形成されており、電解質層８４は、上記露出領域において、接着層８９を介して樹脂フレーム８２に接合されている。なお、本実施形態では、樹脂フレーム８２と、ガスセパレータ８０，８１との間も、接着剤等を用いて接着されている。ここで、積層される２つの部材が接着されるとは、上記２つの部材間に接着剤を有する接着層が設けられることにより、あるいは、少なくとも一方の部材（本実施形態では樹脂フレーム８２）が接着剤を含むことにより、上記２つの部材の積層面に化学結合（共有結合や水素結合）が形成されて、強固に固着されることをいう。
ガスセパレータ８０，８１および樹脂フレーム８２には、各々の外周近傍において、単セル７０の積層方向に互いに重なる位置に、マニホールドを形成するためのマニホールド孔７１ａ〜７３ａ、および７１ｂ〜７３ｂが設けられている。マニホールドは、ガスセパレータ８０，８１および樹脂フレーム８２を貫通し、反応ガスまたは冷媒が流れる流路である。マニホールド孔７１ａ，７１ｂは、セル内酸化ガス流路７５との間で酸化ガスの給排を行なう流路を形成する。マニホールド孔７３ａ，７３ｂは、セル内燃料ガス流路７４との間で燃料ガスの給排を行なう流路を形成する。また、マニホールド孔７２ａ，７２ｂは、単セル７０間に形成される冷媒流路との間で冷媒の給排を行なう流路を形成する。
樹脂フレーム８２には、マニホールド孔７１ａ，７１ｂ，７３ａ，７３ｂの各々の近傍において、各マニホールド孔からＭＥＧＡ９１の外周に向かって延びる細長い複数のスリットを備えるスリット部８３が形成されている。スリット部８３を構成する各スリットは、樹脂フレーム８２を貫通している。そして、各スリットの端部は、樹脂フレーム８２がガスセパレータ８０，８１に挟持されたときに、近傍のマニホールド孔と積層方向に重なる。そして、各スリット部８３によって、近傍のマニホールドと、このマニホールドに対応するセル内ガス流路とが連通される。なお、マニホールドとセル内ガス流路との間は、樹脂フレーム８２に設けたスリット部８３以外の構造により連通させてもよい。
ガスセパレータ８０において、ＭＥＧＡ９１と接する面の裏面には、ガスケット７６が接着されている。燃料電池１５を組み立てる際には、図３に示す単セル７０を複数積層して、積層方向に締結荷重を加えつつ、全体を固定する。このような燃料電池１５では、隣接する単セル７０間に、既述したように冷媒流路が形成される。ガスケット７６は、隣接する単セル７０のガスセパレータ８１と接することにより、上記冷媒流路をシールする。
図１に戻り、燃料ガス系２０は、水素タンク２１と、燃料ガス供給流路２２と、燃料ガス排出流路２３と、燃料ガス循環流路２４と、可変調圧弁４０と、インジェクタ４２と、気液分離器４５と、燃料ガスポンプ４４と、流量計２６と、を備える。本実施形態では、燃料電池１５に供給する燃料ガスの流量調節に係る燃料ガス供給装置は、燃料ガスポンプ４４と、インジェクタ４２と、を含む。水素タンク２１は、燃料ガスとしての水素ガスが貯蔵される貯蔵装置である。水素タンク２１に貯蔵された水素ガスは、可変調圧弁４０によって減圧されて、インジェクタ４２を介して、燃料電池１５のセル内燃料ガス流路に接続される燃料ガス供給流路２２に供給される。インジェクタ４２における開弁デューティー比の値によって、燃料ガス供給流路２２に供給する燃料ガスの量を調節することができる。その結果、燃料電池１５内を流れる燃料ガスの流量を変更することができる。
燃料ガス排出流路２３は、燃料電池１５から排出される燃料排ガスが流れる流路である。燃料ガス循環流路２４は、燃料ガス排出流路２３と、燃料ガス供給流路２２におけるインジェクタ４２よりも下流側の部位とに接続されており、燃料排ガスを燃料ガス供給流路２２に再循環させる。すなわち、燃料電池１５から燃料ガス排出流路２３に排出された燃料排ガスは、燃料ガス循環流路２４を経由して、再び燃料ガス供給流路２２に導かれる。そのため、燃料電池システム１０において、燃料ガスは、発電により水素が消費されつつ、燃料ガス排出流路２３、燃料ガス循環流路２４、燃料ガス供給流路２２の一部、および、燃料電池１５内に形成される燃料ガスの流路を循環する。燃料ガス循環流路２４には、燃料排ガスを燃料ガス供給流路２２に流入させるための駆動力を生じる燃料ガスポンプ４４が設けられている。燃料ガスポンプ４４の駆動量によって、燃料電池１５内を流れる燃料ガスの流量を変更することができる。また、燃料ガス排出流路２３には、流路内を循環する燃料ガスの流量を検出する流量計２６が設けられている。流量計２６は、燃料電池１５内の燃料ガスの流量を取得するために用いることができる。
燃料ガス排出流路２３と燃料ガス循環流路２４との接続部には、気液分離器４５が設けられている。燃料排ガスには、発電で消費されなかった水素と共に、窒素や水蒸気等の不純物が含まれる。気液分離器４５は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素および窒素等）とを分離する。気液分離器４５には、パージ弁４６を備える燃料ガス放出流路２５が接続されており、パージ弁４６を開弁することにより、気液分離器４５から水とガスとが排出される。
酸化ガス系３０は、エアコンプレッサ３１と、酸化ガス供給流路３２と、酸化ガス排出流路３３と、流量計３６と、調節弁３９と、を備える。本実施形態では、燃料電池１５に供給する酸化ガスの流量調節に係る酸化ガス供給装置は、エアコンプレッサ３１と、調節弁３９と、を含む。本実施形態の燃料電池システム１０は、酸化ガスとして、空気を用いる。エアコンプレッサ３１は、空気を圧縮し、酸化ガス供給流路３２を介して、燃料電池１５のセル内酸化ガス流路に向かって空気を吐出する装置である。エアコンプレッサ３１の駆動量によって、燃料電池１５内を流れる酸化ガスの流量を変更することができる。燃料電池１５から排出される酸化排ガスは、酸化ガス排出流路３３を介して、燃料電池システム１０の外部に排出される。酸化ガス排出流路３３には、酸化ガスの流路の開度を調節する調節弁３９が設けられており、調節弁３９の開度を調節することによって、燃料電池１５内における酸化ガスの圧力（背圧）および流量を変更することができる。酸化ガス排出流路３３において調節弁３９よりも上流側に設けられた流量計３６は、燃料電池１５内の酸化ガスの流量を取得するために用いることができる。
冷媒系６０は、ラジエータ６１と、冷媒ポンプ６２と、流量計６３と、冷媒流路６４と、を備える。本実施形態では、燃料電池１５に供給する冷媒の流量調節に係る冷媒供給装置は、冷媒ポンプ６２を含む。冷媒流路６４は、ラジエータ６１と、燃料電池１５内の冷媒流路とを接続する流路であり、ラジエータ６１と燃料電池１５との間で冷媒を循環させる。ラジエータ６１は、冷媒流路６２内を流れる冷媒を冷却する。冷媒ポンプ６２は、冷媒流路６４内で冷媒を流すための駆動力を生じる。冷媒ポンプ６２の駆動量によって、燃料電池１５内を流れる冷媒の流量を変更することができる。流量計６３は、燃料電池１５内の冷媒の流量を取得するために用いることができる。
制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種信号を入出力する入出力ポート等を備える。制御部５０は、燃料電池システム１０の発電制御を行なう。例えば、制御部５０は、負荷要求に応じた電力を燃料電池１５から得るために、燃料ガス、酸化ガス、および冷媒の流量を設定する。そして、燃料ガス、酸化ガス、および冷媒の流量を、設定した値とするために、燃料ガスポンプ４４、インジェクタ４２、エアコンプレッサ３１、調節弁３９、および冷媒ポンプ６２に対して、駆動信号を出力する。上記燃料ガスポンプ４４等の駆動量と、燃料ガス、酸化ガス、および冷媒の目標流量とは、例えば、燃料電池１５で発電すべき電力量に応じて、予め設定することができる。制御部５０は、さらに、流量計２６、３６、６３の検出信号を用いたフィードバック制御により、燃料ガスポンプ４４、インジェクタ４２、エアコンプレッサ３１、調節弁３９、および冷媒ポンプ６２から選択される少なくとも一部の駆動量をさらに調節して、各流体の流量が、発電量に応じた目標流量となるように制御する。
（Ａ−２）燃料電池の検査システムの構成：
本実施形態では、燃料電池１５に衝撃が加わったとき、例えば、燃料電池システム１０を搭載する車両が衝突したときに、衝撃に起因する燃料電池１５における変形の発生の有無を検査する。このような検査を行なうための検査システム１２は、図１に示すように、発電に係る燃料電池システム１０と共通する構成を有している。本実施形態では、制御部５０は、燃料電池システム１０の一部として燃料電池１５の発電制御に係る機能の他に、検査システム１２の一部として燃料電池１５の検査を行なうための機能を有している。
図１では、検査システム１２が上記した検査を行なう際の制御部５０の機能ブロックを示している。具体的には、制御部５０は、機能ブロックとして、記憶部５１、検出部５２、導出部５３、判断部５４、取得部５５、駆動制御部５６を備える。これらの各機能ブロックの動作については後述する。
（Ａ−３）燃料電池の検査方法：
図４は、制御部５０のＣＰＵにおいて実行される燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、車両衝突などにより燃料電池１５に衝撃が加わった後に、既述した検査を行なう際に、制御部５０に対して検査開始に係る指示が入力されることにより、実行される。検査開始に係る指示は、例えば、車載された燃料電池システム１０の制御部５０に対して、検査システム１２を取り扱う検査者が入力することとしてもよい。また、検査時に、検査に係る指示入力を受け付けるための入力装置等を燃料電池システム１０に接続する場合には、検査開始に係る指示は、上記入力装置を介して検査者が入力することとしてもよい。あるいは、制御部５０が、上記入力装置が接続されたことを検知することによって、検査開始に係る指示が入力されたと判断してもよい。
このような衝撃後の検査は、燃料電池システム１０を車両に搭載した状態で、燃料電池システム１０全体を検査システム１２として利用して行なえばよい。燃料電池検査処理ルーチンを実行する際には、既述した燃料ガス供給装置、酸化ガス供給装置、および冷媒供給装置が、制御部５０の駆動制御部５６によって駆動される。駆動制御部５６は、上記燃料ガス供給装置等の各部に対して、燃料電池１５内の各流体流路における流量の目標値に対応する駆動信号を出力する。そして、流量計２６，３６，６３から検出信号を取得して、既述したフィードバック制御を行なう。このように各流路に流体を流しつつ行なう検査の際には、燃料電池１５の発電を行なうこととしてもよく、発電を行なわないこととしてもよい。燃料電池１５の発電を行なう際には、車両を走行状態にしてもよく、あるいは、燃料電池１５を検査用の負荷に接続して、発電した電力を消費してもよい。
本ルーチンが実行されると、制御部５０のＣＰＵは、衝撃の前後における圧損パラメータ値を取得する（ステップＳ１００）。圧損パラメータ値とは、燃料電池１５の内部に設けられた流体の流路における圧力損失と相関するパラメータである圧損パラメータの値である。本実施形態のステップＳ１００では、燃料ガスの流路における圧損パラメータ値と酸化ガスの流路における圧損パラメータ値とのうちの少なくとも一方、および、冷媒の流路における圧損パラメータ値、の各々の値を取得している。本実施形態の検査を行なう際に、燃料電池１５に供給する各流体の流量は、常に一定であっても変動させてもよいが、ステップＳ１００で取得する圧損パラメータ値は、予め定めた流量の流体を燃料電池１５に流すときの値とすればよい。
具体的には、燃料ガスの流路における圧損パラメータ値は、例えば、燃料ガス供給装置に含まれる燃料ガスポンプ４４以外の機器の駆動量が一定であるときに、燃料電池１５内に形成される燃料ガスの流路における燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、燃料ガスポンプ４４における消費電力の値とすることができる。また、燃料ガス供給装置に含まれるインジェクタ４２以外の機器の駆動量が一定であるときに、燃料電池１５内に形成される燃料ガスの流路における燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、インジェクタ４２における開弁デューティー比の値とすることができる。また、燃料電池１５内に形成される燃料ガスの流路における燃料ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて燃料ガス供給装置を駆動したときに、燃料ガスの流路内を実際に流れた燃料ガスの流量の値とすることができる。すなわち、上記燃料ガスポンプ４４における消費電力の値と、上記インジェクタ４２における開弁デューティー比の値と、上記実際に流れた燃料ガスの流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つとすることができる。
燃料ガス流路における燃料ガスの流量が設定値となるように燃料ガス供給装置を駆動する際には、既述したように流量計２６の検出信号を用いてフィードバック制御が行なわれる。そのため、燃料ガス流路における圧損が上昇したときに、燃料ガスの流量が予め定めた設定値になるように制御すると、上記燃料ガスポンプ４４の消費電力の値や、上記インジェクタ４２における開弁デューティー比の値が増加する。また、燃料電池１５内の燃料ガスの流路における燃料ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて燃料ガス供給装置を駆動したときに、燃料ガス流路における圧損が上昇していれば、上記指令値に対して実際に燃料ガス流路内を流れた燃料ガスの流量の値は減少する。
酸化ガスの流路における圧損パラメータ値は、例えば、酸化ガス供給装置に含まれるコンプレッサ３１以外の機器の駆動量が一定であるときに、燃料電池１５内に形成される酸化ガスの流路における酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、コンプレッサ３１における消費電力の値とすることができる。また、酸化ガス供給装置に含まれる調節弁３９以外の機器の駆動量が一定であるときに、燃料電池内に形成される酸化ガスの流路における酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、調節弁３９の開度の値とすることができる。また、燃料電池１５内に形成される酸化ガスの流路における酸化ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて酸化ガス供給装置を駆動したときに、酸化ガスの流路内を実際に流れた酸化ガスの流量の値とすることができる。すなわち、上記コンプレッサ３１における消費電力の値と、上記調節弁３９の開度の値と、上記実際に流れた酸化ガスの流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つとすることができる。
酸化ガス流路における酸化ガスの流量が設定値となるように酸化ガス供給装置を駆動する際には、既述したように流量計３６の検出信号を用いてフィードバック制御が行なわれる。そのため、酸化ガス流路における圧損が上昇したときに、酸化ガスの流量が予め定めた設定値になるように制御すると、エアコンプレッサ３１における消費電力の値や、調節弁３９の開度の値が増加する。また、燃料電池１５内の酸化ガスの流路における酸化ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて酸化ガス供給装置を駆動したときに、酸化ガス流路における圧損が上昇していれば、上記指令値に対して実際に酸化ガス流路内を流れた酸化ガスの流量の値は減少する。
冷媒の流路における圧損パラメータ値としては、例えば、冷媒供給装置に含まれる冷媒ポンプ６２以外の機器の駆動量が一定であるときに、燃料電池１５内に形成される冷媒流路における冷媒の流量が、予め定めた流量となるときの、冷媒ポンプ６２における消費電力の値とすることができる。また、燃料電池１５内に形成される冷媒流路における冷媒の流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて冷媒供給装置を駆動したときに、冷媒流路内を実際に流れた冷媒の流量の値とすることができる。すなわち、上記冷媒ポンプ６２における消費電力の値と、上記実際に流れた冷媒の流量の値と、のうちの少なくともいずれか一つとすることができる。
冷媒流路における冷媒の流量が設定値となるように冷媒供給装置を駆動する際には、既述したように流量計６３の検出信号を用いてフィードバック制御が行なわれる。そのため、冷媒流路における圧損が上昇したときに、冷媒の流量が予め定めた設定値になるように制御すると、冷媒ポンプ６２における消費電力の値が増加する。また、燃料電池１５内の冷媒流路における冷媒の流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて冷媒供給装置を駆動したときに、冷媒流路における圧損が上昇していれば、上記指令値に対して実際に冷媒流路内を流れた冷媒の流量の値は減少する。
燃料ガスの流路における圧損パラメータ値、酸化ガスの流路における圧損パラメータ値、および冷媒の流路における圧損パラメータ値としては、上記以外のパラメータ値を用いてもよく、各々の流体流路における圧力損失と相関するパラメータの値であればよい。例えば、燃料ガス供給装置、酸化ガス供給装置、あるいは冷媒供給装置の構成を、図１の燃料電池システム１０とは異ならせる場合には、採用する流体供給装置の構成に応じて、用いる圧損パラメータ値を適宜選択すればよい。燃料ガスの流路における圧損パラメータ値と、酸化ガスの流路における圧損パラメータ値とは、第１圧損パラメータ値とも呼ぶ。冷媒の流路における圧損パラメータ値は、第２圧損パラメータ値とも呼ぶ。
衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値としては、例えば、燃料電池システム１０の製造当初における各圧損パラメータ値を、予め記憶部５１内に記憶しておけばよい。ステップＳ１００において、制御部５０は、制御部５０内の記憶部５１に記憶された情報を読み出すことによって、衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値を取得する。
ステップＳ１００において、衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値の取得は、制御部５０内の検出部５２が行なう。圧損パラメータ値が、既述した燃料ガスポンプ４４の消費電力の値、インジェクタ４２における開弁デューティー比の値、エアコンプレッサ３１の消費電力の値、調節弁３９の開度の値、および冷媒ポンプ６２の消費電力の値から選択される値である場合には、衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値は、フィードバック制御の結果、流体流量が予め定めた流量となったときの駆動制御部５６における駆動指令値から知ることができる。圧損パラメータ値が、予め定めた流量にて燃料電池１５内の流体（燃料ガス、酸化ガス、冷媒）流路に流体が流れるように予め定めた指令値にて流体供給装置を駆動したときに、流体流路内を実際に流れた流体の流量の値である場合には、衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値は、検査開始時に、上記予め定めた指令値にて流体供給装置を駆動したときの流量計２６，３６，６３の検出値から知ることができる。ステップＳ１００では、検出部５２は、衝撃後の圧損パラメータ値を、駆動制御部５６や流量計２６，３６，６３から取得する。
ステップＳ１００の後、制御部５０のＣＰＵは、燃料電池１５に加えられた衝撃の方向を取得する（ステップＳ１１０）。衝撃の方向の取得は、制御部５０の取得部５５が行なう。衝撃の方向は、例えば、衝撃後の燃料電池１５の外観を検査者が目視して確認し、既述した入力装置を介して入力することとしてもよい。あるいは、燃料電池システム１０を搭載する車両に設けられたセンサ、例えば、エアバッグ用の圧力センサや加速度センサが検出した情報を、上記センサから取得することによって、衝撃の方向を取得してもよい。
ステップＳ１１０の後、制御部５０のＣＰＵは、ステップＳ１１０で取得した方向に基づいて、燃料電池１５に対して積層方向の衝撃が加えられたか否かを判定する（ステップＳ１２０）。積層方向の衝撃が加えられていない場合には(ステップ１２０：ＮＯ)、制御部５０のＣＰＵは、積層方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じていないと判断する（ステップＳ１４０）。
積層方向の衝撃が加えられた場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御部５０のＣＰＵは、衝撃前の第１圧損パラメータ値と衝撃後の第１圧損パラメータ値とを比較し、衝撃の前後における圧力損失の増加を示す第１圧損パラメータ値の変化量を求め、求めた変化量を、予め定めた第１基準値と比較する（ステップＳ１３０）。第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値未満であれば（ステップＳ１３０：ＮＯ）、制御部５０のＣＰＵは、積層方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じていないと判断する（ステップＳ１４０）。第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値以上であれば（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、制御部５０のＣＰＵは、積層方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じたと判断する（ステップＳ１５０）。ステップＳ１５０における判断は、第１の判断とも呼ぶ。
衝撃前の第１圧損パラメータ値に対する、衝撃後の第１圧損パラメータ値の変化量を導出する動作は、制御部５０の導出部５３が行なう。第１圧損パラメータ値の変化量と第１基準値とを比較して、積層方向の衝撃に起因する変形の有無を判断する動作は、制御部５０の判断部５４が行なう。
ステップＳ１３０で用いる第１基準値は、積層方向の衝撃に起因する燃料電池１５の変形の有無を判断する基準値として、予め定められて制御部５０の記憶部５１内に記憶されている。第１圧損パラメータ値として、複数種類の第１圧損パラメータ値を用いる場合には、第１圧損パラメータ値の種類ごとに、第１基準値が定められている。第１基準値は、例えば交換を要する程度の変形が燃料電池１５に生じていることを判断可能になるように、予め実験的に、あるいは、予めシミュレーションによって、定められている。
図５は、燃料電池１５の概略構成を表わす断面模式図である。燃料電池１５では、複数の単セル７０が積層された燃料電池スタックが、スタックケース１６内に収納されている。図５、および、後述する図６、図７において、積層方向はＸ方向であり、積層方向に直交する直交方向はＹ方向である。
図６は、燃料電池１５が積層方向の衝撃、より具体的には、−Ｘ方向の衝撃を受けた後の、燃料電池１５の様子を表わす断面模式図である。積層方向の衝撃が加えられると、衝撃が加えられる前方側において、単セル７０を積層方向に圧縮する力が加わる。このとき、上記前方側に配置される各単セル７０内では、比較的柔らかい部材であるガス拡散層８７，８８や、樹脂フレーム８２が積層方向に潰れる。その結果、ガス拡散層８７，８８によって形成されるセル内燃料ガス流路やセル内酸化ガス流路、あるいは、樹脂フレーム８２のスリット部８３が形成するガス流路が潰れる。中でも、ガス拡散層８７，８８が潰れやすい。その結果、セル内燃料ガス流路やセル内酸化ガス流路における圧損が上昇する。そのため、燃料電池１５に積層方向の衝撃が加えられたときには、燃料ガスの流路および酸化ガスの流路における圧損パラメータ値である第１圧損パラメータ値の変化量を、第１基準値と比較することにより、積層方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じているか否かを判断することができる。
図４に戻り、ステップＳ１４０あるいはステップＳ１５０の判断の後、制御部５０のＣＰＵは、ステップＳ１１０で取得した方向に基づいて、燃料電池１５に対して、直交方向の衝撃が加えられたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。直交方向の衝撃が加えられていない場合には(ステップ１６０：ＮＯ)、制御部５０のＣＰＵは、直交方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じていないと判断し（ステップＳ１８０）、検査処理を終了する。
直交方向の衝撃が加えられた場合には（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、制御部５０のＣＰＵは、衝撃前の第２圧損パラメータ値と衝撃後の第２圧損パラメータ値とを比較し、衝撃の前後における圧力損失の増加を示す第２圧損パラメータ値の変化量を求め、求めた変化量を、予め定めた第２基準値と比較する（ステップＳ１７０）。第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値未満であれば（ステップＳ１７０：ＮＯ）、制御部５０のＣＰＵは、直交方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じていないと判断し（ステップＳ１８０）、検査処理を終了する。第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値以上であれば（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、制御部５０のＣＰＵは、直交方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じたと判断し（ステップＳ１９０）、検査処理を終了する。ステップＳ１９０の判断は、第２の判断とも呼ぶ。
衝撃前の第２圧損パラメータ値に対する、衝撃後の第２圧損パラメータ値の変化量を導出する動作は、制御部５０の導出部５３が行なう。第２圧損パラメータ値の変化量と第２基準値とを比較して、直交方向の衝撃に起因する変形の有無を判断する動作は、制御部５０の判断部５４が行なう。
ステップＳ１７０で用いる第２基準値は、直交方向の衝撃に起因する燃料電池１５の変形の有無を判断する基準値として、予め定められて制御部５０の記憶部５１内に記憶されている。第２圧損パラメータ値として、複数種類の第２圧損パラメータ値を用いる場合には、第２圧損パラメータ値の種類ごとに、第２基準値が定められている。第２基準値は、例えば交換を要する程度の変形が燃料電池１５に生じていることを判断可能になるように、予め実験的に、あるいは、予めシミュレーションによって、定められている。
図７は、燃料電池１５が直交方向の衝撃、より具体的には、−Ｙ方向の衝撃を受けた後の、燃料電池１５の様子を表わす断面模式図である。また、図８Ａおよび図８Ｂは、隣り合う単セル７０間に形成されるセル間冷媒流路７７の近傍の様子を表わす断面模式図である。図８Ａは衝撃が加えられる前を表わし、図８Ｂは衝撃が加えられた後を表わす。
直交方向の衝撃が加えられると、図７に示すように、衝撃が加えられた箇所（図７では燃料電池スタックにおける積層方向の中ほどの箇所）において、積層された単セル７０が、衝撃の向きに従って積層ずれを起こす。既述したように、単セル７０は、ガスセパレータ８０，８１を含む部材、具体的には、樹脂フレーム８２とガスセパレータ８０，８１との間を接着することにより、全体が一体化されている。これに対して、隣り合う単セル７０間は、一方の単セル７０に接着されたガスケット７６が配置された状態で、積層方向の締結荷重を加えることによって固定されている。そのため、直交方向の衝撃が加えられると、固定の力がより弱い、隣り合う単セル７０間において積層ずれが生じる。その結果、単セル７０間に形成されたセル間冷媒流路７７が変形する。
図８Ａに示すように、衝撃が加えられる前は、隣り合う一方の単セル７０のガスセパレータ８０と、他方の単セル７０のガスセパレータ８１とは、セル間冷媒流路７７を形成するための凹凸形状の凸部の頭頂部同士が互いに接して、双方に設けられた凹部によって、セル間冷媒流路７７が形成されている。直交方向の衝撃が加わると、図８Ｂに示すように、上記した互いに接する凸部の頭頂部が、直交方向にずれる。その結果、セル間冷媒流路７７の断面形状が変形し、セル間冷媒流路７７における流路抵抗が増加する。そのため、燃料電池１５に直交方向の衝撃が加えられたときには、冷媒の流路における圧損パラメータ値である第２圧損パラメータ値の変化量を第２基準値と比較することにより、直交方向の衝撃に起因する変形が燃料電池１５に生じているか否かを判断することができる。
以上のように構成された第１実施形態によれば、燃料電池１５に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値に対する、燃料電池１５に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値の変化量に基づいて、衝撃に起因する燃料電池１５の内部の変形を判断している。そのため、燃料電池１５内の流路に流体を流して圧損パラメータ値を取得して、燃料電池１５に衝撃が加えられる前後における圧損パラメータ値の変化量と基準値とを比較するという簡便な方法により、衝撃に起因して燃料電池１５内に変形が生じていることを判断することができる。すなわち、このような検査方法は、燃料電池システム１０の構成を利用して実行されるため、検査のための特別な構成、例えば燃料電池１５の変形を検出するためのマーク等を燃料電池１５に設け、これを観察する等の煩雑な動作を行なうことなく、簡便な構成及び動作により、衝撃に起因する燃料電池１５の変形を検出することができる。その結果、衝撃に起因して燃料電池１５が変形したときには、例えば、燃料電池１５の交換の要否に関して適切に判断することができる。
また、本実施形態では、燃料電池１５が受けた衝撃が積層方向であれば、ガス流路に係る第１圧損パラメータ値を用いて変形の有無を判断し、燃料電池１５が受けた衝撃が直交方向であれば、冷媒流路に係る第２圧損パラメータ値を用いて変形の有無を判断している。そのため、衝撃の方向に応じて、燃料電池１５において変形が発生したか否かを適切に判断することができる。また、衝撃とは異なる要因により流体流路が閉塞した場合等に、衝撃の方向に対応しない圧損パラメータ値が変化しても、誤って衝撃に起因する変形が生じたと判断することを抑え、検査の精度を向上させることができる。
さらに、本実施形態によれば、燃料電池１５の変形を引き起こした衝撃の方向が特定されるため、燃料電池１５全体を交換するのではなく、積層された単セル７０の部分的な交換を適切に行なうことが可能になる。例えば、図６のように、−Ｘ方向の衝撃を受けた場合には、衝撃が加えられた前方側、例えば図６に範囲Ａとして示す範囲に積層される単セル７０において、特に、ガス拡散層８７，８８等の潰れが大きくなる。そのため、積層方向の衝撃が加えられた場合には、上記した衝撃が加えられた前方側の単セル７０のみを交換することとしてもよい。また、図７のように、−Ｙ方向の衝撃を受けた場合には、燃料電池スタックの中ほどの衝撃が加えられた箇所、例えば図７に範囲Ｂとして示す範囲に積層される単セル７０において、大きな積層ずれを起こす。このように積層ずれが大きい箇所では、単セル７０の外周がスタックケース１６の内壁面に当接すること等により変形し得る。そのため、直交方向の衝撃が加えられた場合には、上記した衝撃が加えられた範囲Ｂにおける単セル７０のみを交換することとしてもよい。
なお、燃料電池１５に加えられた衝撃の方向が、積層方向に対して斜めとなる方向である場合には、ステップＳ１２０では積層方向の衝撃有りと判断し、ステップＳ１６０では直交方向の衝撃有りと判断すればよい。そして、第１圧損パラメータ値を用いた判断と、第２圧損パラメータ値を用いた判断との両方を行なえばよい。あるいは、受けた衝撃における積層方向成分と直交方向成分とのうちのいずれがより大きいのかを判断可能であれば、より大きな成分の方向に対応する圧損パラメータ値のみを用いた判断を行ない、検査を効率化してもよい。
さらに、本実施形態では、圧損パラメータ値を用い、流体流路における圧損の上昇に基づいて、燃料電池１５における変形の有無を判断するため、燃料電池１５の変形に係る判断の精度を高めることができる。燃料電池の変形を判断する方法としては、例えば、燃料電池の側面上において積層方向に延びるマークを付して、マークのずれをスタックケース外から視認する方向があるが、マークのずれが視認により判別し難い程度のずれ量であっても、燃料電池全体の変形によって内部の流路全体としては圧損が上昇している場合が有り得る。このような場合であっても、本実施形態の検査方法によれば、燃料電池の変形を精度良く判定し、電池性能が低下した燃料電池に関して、より適切に交換の判断をすることができる。
また、燃料電池が衝撃を受けた後に交換の要否等を判断する方法として、燃料電池車両に設けられたエアバッグ用の圧力センサや加速度センサが検出した情報を用いる方法も考えられる。しかしながら、このような他の目的で設けられたセンサは、一般に、燃料電池からは離間した位置に設けられており、燃料電池１５が受けた衝撃を検出する精度が不十分になる場合も有り得る。本実施形態によれば、燃料電池１５における圧損パラメータ値を用いているため、燃料電池１５が受けた衝撃に起因する燃料電池１５の変形を、精度良く検出することができる。
なお、ステップＳ１３０で複数種類の第１圧損パラメータ値を用いる場合、あるいは、ステップＳ１７０で複数種類の第２圧損パラメータ値を用いる場合には、例えば、判断に用いる全ての圧損パラメータ値が対応する基準値以上である場合に、対応する方向の衝撃に起因する変形有りと判断することができる。また、判断に用いる複数種類の圧損パラメータ値のうちの少なくとも１種でも基準値以上であれば、衝撃に起因する変形有りと判断してもよい。これにより、より小さな衝撃が加えられた場合であっても、燃料電池１５の変形を検出することができる。
Ｂ．第２実施形態：
図９は、本発明の第２実施形態としての検査システム１２において、制御部５０のＣＰＵが実行する燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。第２実施形態の検査システム１２は、第１実施形態と同様の構成であるため、同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。また、図９において、図４と共通する工程には同じステップ番号を付して、詳しい説明は省略する。図９の燃料電池検査処理ルーチンは、検査システム１２において、図４に示す検査処理ルーチンに代えて実行される。
本ルーチンが実行されると、制御部５０のＣＰＵは、衝撃の前後における圧損パラメータ値を取得し（ステップＳ１００）、燃料電池１５に加えられた衝撃の方向を取得する（ステップＳ１１０）。そして、ステップＳ１１０の結果に基づいて、衝撃の方向を判定する（ステップＳ２２０）。なお、燃料電池１５に加えられた衝撃の方向が、積層方向に対して斜めとなる方向である場合には、ステップＳ２２０では、受けた衝撃における積層方向成分と直交方向成分とのうちの大きい方に対応する方向を、衝撃の方向として判定すればよい。
ステップＳ２２０において、衝撃の方向が積層方向であると判定された場合には、制御部５０のＣＰＵは、第１圧損パラメータ値の変化量を、第１基準値と比較する（ステップＳ１３０）。そして、第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値未満であれば、積層方向の衝撃に起因する変形無しと判断し（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ１３０において、第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値以上であれば、積層方向の衝撃に起因する変形有りと判断して（ステップＳ１５０）本ルーチンを終了する。
ステップＳ２２０において、衝撃の方向が直交方向であると判定された場合には、制御部５０のＣＰＵは、第２圧損パラメータ値の変化量を、第２基準値と比較する（ステップＳ１７０）。そして、第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値未満であれば、直交方向の衝撃に起因する変形無しと判断し（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ１７０において、第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値以上であれば、直交方向の衝撃に起因する変形有りと判断して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。
以上のように構成された第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、予め衝撃の方向を判定して、衝撃の方向に応じた圧損パラメータ値についてのみ、変形に係る判断を行なうため、検査処理を効率化することができる。
なお、図９では、まず、衝撃の前後における第１圧損パラメータ値および第２圧損パラメータ値を取得して（ステップＳ１００）、その後、衝撃の方向を取得しているが（ステップＳ１１０）、異なる構成としてもよい。例えば、最初に衝撃の方向を取得し（ステップＳ１１０）、その後、積層の方向を判定し（ステップＳ２２０）、衝撃の方向が積層方向である場合には、衝撃の前後における第１圧損パラメータ値を取得して、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理を実行してもよい。また、上記ステップＳ２２０において、衝撃の方向が直交方向であると判定される場合には、衝撃の前後における第２圧損パラメータ値を取得して、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０の処理を実行してもよい。
Ｃ．第３実施形態：
図１０は、本発明の第３実施形態としての検査システム１１２の概略構成を表わす説明図である。検査システム１１２は、制御部５０が取得部５５を有しない点以外は、第１実施形態の検査システム１２と同様の構成を有する。そのため、検査システム１２と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明は省略する。
図１１は、第３実施形態としての検査システム１１２において、制御部５０のＣＰＵが実行する燃料電池検査処理ルーチンを表わすフローチャートである。図１１において、図４と共通する工程には同じステップ番号を付して、詳しい説明は省略する。図１１の燃料電池検査処理ルーチンは、第１実施形態と同様に、燃料電池システム１０を搭載する車両の衝突などにより燃料電池１５に衝撃が加わった後に、制御部５０に対して検査開始に係る指示が入力されることにより、実行される。
本ルーチンが実行されると、制御部５０のＣＰＵは、衝撃の前後における圧損パラメータ値を取得する（ステップＳ１００）。その後、制御部５０のＣＰＵは、第１圧損パラメータ値の変化量を、第１基準値と比較する（ステップＳ１３０）。そして、第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値未満であれば、積層方向の衝撃に起因する変形無しと判断し（ステップＳ１４０）、第１圧損パラメータ値の変化量が第１基準値以上であれば、積層方向の衝撃に起因する変形有りと判断する（ステップＳ１５０）。
また、制御部５０のＣＰＵは、第２圧損パラメータ値の変化量を、第２基準値と比較する（ステップＳ１７０）。そして、第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値未満であれば、直交方向の衝撃に起因する変形無しと判断して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１７０において、第２圧損パラメータ値の変化量が第２基準値以上であれば、直交方向の衝撃に起因する変形有りと判断して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。
以上のように構成された第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、検査のための特別な構成を燃料電池１５に設けることなく、簡便な構成および動作により、衝撃に起因する燃料電池１５の変形を検出することができる。また、第１圧損パラメータ値の変化量および第２圧損パラメータ値の変化量の双方を用いて、衝撃に起因する燃料電池１５の変形に係る判断を行なうため、衝撃の方向を取得して判定する必要が無く、検査処理の動作を簡素化できる。すなわち、第１圧損パラメータ値は、主として積層方向の衝撃に起因する変形により変化し、第２圧損パラメータ値は、主として直交方向の衝撃に起因する変形により変化する。そのため、双方の圧損パラメータ値を用いて判断することで、いずれの方向の衝撃が加えられた場合であっても、衝撃の方向を予め判断することなく、衝撃に起因する燃料電池１５の変形を精度良く検出することができる。
第１あるいは第２実施形態のように、衝撃の方向を予め判定する場合には、衝撃の方向は、例えば、衝撃後の燃料電池１５の外観を検査者が目視することにより知ることができる。しかしながら、外観上は損傷が見られない方向であっても、燃料電池１５が衝撃を受けている場合がある。また、衝撃の方向は、燃料電池車両に搭載したエアバッグ用のセンサ等が検出した情報から知ることも可能であるが、車両が衝撃を受けた後に燃料電池１５が車両内の周囲の部材に衝突することにより、さらに衝撃を受ける場合もある。本実施形態によれば、このような場合であっても、燃料電池１５に加えられた衝撃に起因して発生した燃料電池１５の変形を、精度良く検出することができる。
また、第３実施形態によれば、衝撃の方向を予め判定しなくても、衝撃の方向を特定することができるため、図６および図７に基づいて説明したように、衝撃に起因して燃料電池１５が変形したときに、単セル７０の部分交換を適切に行なうことが可能になる。
Ｄ．他の実施形態：
第１ないし第３実施形態の燃料電池１５は、車両の駆動用電源としたが、異なる構成としてもよい。車両以外の移動体の駆動用電源として用いる場合や、定置型電源として用いる場合であっても、燃料電池１５が外部から衝撃を受ける場合には、同様の検査方法を採用することができる。
第１および第２実施形態では、予め衝撃の方向を取得して、積層方向の衝撃と直交方向の衝撃の各々に起因する変形の発生を検出可能にしたが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料電池１５に加えられる衝撃の方向が一定であると考えられる場合には、衝撃の方向の取得、および、衝撃が加わらない方向に係る圧損パラメータ値を用いた判断を行なわないこととしてもよい。あるいは、積層方向と直交方向のうちのいずれか一方の方向の衝撃に起因する燃料電池の変形の検出に関して、圧損パラメータ値を用いる方法とは異なる方法を採用する場合には、圧損パラメータ値としては、積層方向と直交方向のうちの他方の方向の衝撃に対応する圧損パラメータ値のみを用いることとすればよい。
また、第３実施形態のステップＳ１５０およびステップＳ１９０において、基準値以上となった圧損パラメータ値の種類に応じて燃料電池１５が受けた衝撃の向きを判断することなく、単に、第１圧損パラメータ値の変化量と第２圧損パラメータ値の変化量との双方について、各々に対応する基準値との比較により、燃料電池１５における変形の発生を判断することとしてもよい。衝撃の方向を特定しなくても、積層方向の衝撃に対応して変化する第１圧損パラメータ値と、直交方向の衝撃に対応して変化する第２圧損パラメータ値と、を用いることで、いずれの方向の衝撃が加わったときにも、燃料電池１５が変形したことを精度良く検出することができる。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池システム
１２，１１２…検査システム
１５…燃料電池
１６…スタックケース
２０…燃料ガス系
２１…水素タンク
２２…燃料ガス供給流路
２３…燃料ガス排出流路
２４…燃料ガス循環流路
２５…燃料ガス放出流路
２６…流量計
３０…酸化ガス系
３１…エアコンプレッサ
３２…酸化ガス供給流路
３３…酸化ガス排出流路
３６…流量計
３９…調節弁
４０…可変調圧弁
４２…インジェクタ
４４…燃料ガスポンプ
４５…気液分離器
４６…パージ弁
５０…制御部
５１…記憶部
５２…検出部
５３…導出部
５４…判断部
５５…取得部
５６…駆動制御部
６０…冷媒系
６１…ラジエータ
６２…冷媒ポンプ
６３…流量計
６４…冷媒流路
７０…単セル
７１ａ〜７３ａ，７１ｂ〜７３ｂ…マニホールド孔
７４…セル内燃料ガス流路
７５…セル内酸化ガス流路
７６…ガスケット
７７…セル間冷媒流路
８０，８１…ガスセパレータ
８２…樹脂フレーム
８３…スリット部
８４…電解質層
８５…アノード
８６…カソード
８７，８８…ガス拡散層
８９…接着層
９０…ＭＥＡ
９１…ＭＥＧＡ

Claims (8)

  1. 複数の単セルを積層して形成され、積層面に平行に流体が流れる流体流路として、反応ガスが流れるガス流路と冷媒が流れる冷媒流路とが内部に設けられた燃料電池における、変形の発生を検査する検査方法であって、
    前記燃料電池内部に設けられた前記流体流路における圧力損失と相関する圧損パラメータ値であって、予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流すときの圧損パラメータ値として、前記燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値と、前記燃料電池に衝撃が加えられた後の圧損パラメータ値とを取得し、
    取得した前記衝撃前の圧損パラメータ値に対する、前記衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を求め、
    前記圧力損失の増加を示す前記変化量が、予め定めた基準値以上であれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断し、
    前記判断では、前記ガス流路における前記圧損パラメータ値である第１圧損パラメータ値の前記変化量が第１基準値以上である場合と、前記冷媒流路における前記圧損パラメータ値である第２圧損パラメータ値の前記変化量が第２基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、前記衝撃に起因して前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する
    検査方法。
  2. 請求項１に記載の検査方法であって、
    前記判断は、
    前記単セルの積層方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第１圧損パラメータ値の前記変化量が前記第１基準値以上であれば、前記積層方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第１の判断と、
    前記積層方向に直交する直交方向の衝撃が前記燃料電池に加えられたときに、前記第２圧損パラメータ値の前記変化量が前記第２基準値以上であれば、前記直交方向の衝撃に起因する変形が生じているとする第２の判断と、
    のうちの少なくとも一方を含む検査方法。
  3. 請求項２に記載の検査方法であって、さらに、
    前記燃料電池に前記衝撃が加えられた後に、前記衝撃の方向を取得し、
    前記衝撃の方向が、前記積層方向の場合には、前記第１の判断を行ない、
    前記衝撃の方向が、前記直交方向の場合には、前記第２の判断を行なう
    検査方法。
  4. 請求項１に記載の検査方法であって、
    前記判断では、
    前記第１圧損パラメータ値における前記変化量が前記第１基準値以上であれば、前記単セルの積層方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断し、
    前記第２圧損パラメータ値における前記変化量が前記第２基準値以上であれば、前記積層方向に直交する直交方向の衝撃に起因する変形が生じていると判断する
    検査方法。
  5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
    前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する燃料ガスの流量調節に係る燃料ガス供給装置として、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に前記燃料ガスを吐出するインジェクタであって、該インジェクタの開弁デューティー比によって、前記燃料ガス供給流路に供給する前記燃料ガスの量を調節するインジェクタと、前記燃料電池から排出される燃料排ガスを前記燃料ガス供給流路に再循環させる循環流路に設けられた燃料ガスポンプと、を含む燃料ガス供給装置が接続され、
    前記第１圧損パラメータ値は、
    前記燃料ガス供給装置に含まれる前記燃料ガスポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記燃料ガスポンプにおける消費電力の値と、
    前記燃料ガス供給装置に含まれる前記インジェクタ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記インジェクタにおける開弁デューティー比の値と、
    前記燃料電池内に形成される前記燃料ガスの流路における前記燃料ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記燃料ガスポンプおよび前記インジェクタを含む前記燃料ガス供給装置を駆動したときに、前記燃料ガスの流路内を実際に流れた前記燃料ガスの流量の値と、
    のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。
  6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
    前記燃料電池には、前記燃料電池に供給する酸化ガスの流量調節に係る酸化ガス供給装置として、前記燃料電池に前記酸化ガスを供給する酸化ガス供給流路に前記酸化ガスを吐出するコンプレッサと、前記燃料電池から排出される酸化排ガスが流れる酸化ガス排出流路の開度を調節する調節弁と、を含む酸化ガス供給装置が接続され、
    前記第１圧損パラメータ値は、
    前記酸化ガス供給装置に含まれる前記コンプレッサ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記コンプレッサにおける消費電力の値と、
    前記酸化ガス供給装置に含まれる前記調節弁以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が、予め定めた流量となるときの、前記調節弁の開度の値と、
    前記燃料電池内に形成される前記酸化ガスの流路における前記酸化ガスの流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記コンプレッサおよび前記調節弁を含む前記酸化ガス供給装置を駆動したときに、前記酸化ガスの流路内を実際に流れた前記酸化ガスの流量の値と、
    のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。
  7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の検査方法であって、
    前記燃料電池には、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路に供給する冷媒の流量調節に係る冷媒供給装置として、前記冷媒流路内で前記冷媒を流すための駆動力を生じる冷媒ポンプを含む冷媒供給装置が接続され、
    前記第２圧損パラメータ値は、
    前記冷媒供給装置に含まれる前記冷媒ポンプ以外の機器の駆動量が一定であるときに、前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が、予め定めた流量となるときの、前記冷媒ポンプにおける消費電力の値と、
    前記燃料電池内に形成される前記冷媒流路における前記冷媒の流量が予め定めた流量となるように、予め定めた指令値にて、前記冷媒ポンプを含む前記冷媒供給装置を駆動したときに、前記冷媒流路内を実際に流れた前記冷媒の流量の値と、
    のうちの少なくともいずれか一つを含む検査方法。
  8. 複数の単セルを積層して形成され、積層面に平行に流体が流れる流体流路として、反応ガスが流れるガス流路と冷媒が流れる冷媒流路とが内部に設けられた燃料電池における、変形の発生を検査する検査システムであって、
    前記燃料電池内部に設けられた前記流体流路における圧力損失と相関する圧損パラメータ値であって、予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流すときの圧損パラメータ値として、前記燃料電池に衝撃が加えられる前の圧損パラメータ値を記憶する記憶部と、
    前記燃料電池に衝撃が加えられた後に、前記予め定めた流量の前記流体を前記流体流路に流したときの前記圧損パラメータ値を検出する検出部と、
    前記記憶部に記憶された前記衝撃前の圧損パラメータ値に対する、前記検出部が検出した前記衝撃後の圧損パラメータ値の変化量を導出する導出部と、
    前記圧力損失の増加を示す変化量が、予め定めた基準値以上であれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する判断部と、
    を備え、
    前記判断部は、前記ガス流路における前記圧損パラメータ値である第１圧損パラメータ値の前記変化量が第１基準値以上である場合と、前記冷媒流路における前記圧損パラメータ値である第２圧損パラメータ値の前記変化量が第２基準値以上である場合と、の少なくともいずれかであれば、前記燃料電池の内部に変形が生じていると判断する
    検査システム。
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